JP6975206B2

JP6975206B2 - 信号処理装置とその同期信号検出方法

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Publication number: JP6975206B2
Application number: JP2019118224A
Authority: JP
Inventors: 純小野
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: JP2021005780A

Description

本発明は、受信した信号を処理して信号中の情報を抽出する信号処理装置に関する。

受信した信号を処理して信号中の情報を抽出する信号処理装置として、例えば、受信した信号から同期信号を検出する信号処理装置が知られている。

このような信号処理装置は、例えば、移動体通信システムの基地局の電波の伝播状態を測定する電波伝播測定装置などに組み込まれ、基地局の電波から同期信号を検出するようになっている。

特許文献１には、ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＮＲ（New Radio technology）により通信可能な無線通信システムが記載されており、基地局の電波に含まれる同期信号について記載されている。

特開２０１９−４３１５号公報

ＬＴＥの規格では、同期信号の周期は5msであったため、5ms分の全データを保持して同期信号を検出すればよかった。

ＮＲの同期信号であるＮＲ−ＰＳＳ（New Radio-Primary Synchronization Signals）は、同期信号の周期が最大で160msあり、その１周期の間のデータを保持しておくためには、少なくとも160ms分以上のデータを保持する必要がある。

そこで、本発明は、同期信号を検出するために必要なデータ量を削減して、データ保持に使用するリソースを削減することができる信号処理装置を提供することを目的としている。

本発明の信号処理装置は、受信した信号から同期信号を検出する信号処理装置であって、受信信号と前記同期信号の複数種類の理想のデータとを時分割でスライディング相関を行なってそれぞれの相関結果を出力する相関処理部と、それぞれの前記相関結果が所定の閾値以上となるポイントの前記相関結果とタイミング情報を相関結果記憶部に記憶させる閾値検出部とを備え、前記相関結果記憶部に記憶された前記相関結果と前記タイミング情報とに基づいて前記同期信号を検出するものである。

この構成により、受信信号と同期信号の複数種類の理想のデータとが時分割でスライディング相関され、それぞれの相関結果が所定の閾値以上となるポイントの相関結果とタイミング情報が記憶され、記憶された相関結果とタイミング情報とに基づいて同期信号が検出される。このため、同期信号の最大周期分の受信信号を記憶しておく必要がなく、同期信号を検出するために必要なデータ量を削減して、データ保持に使用するリソースを削減することができる。

また、本発明の信号処理装置において、前記所定の閾値は、所定期間の前記相関結果の平均値とするものである。

この構成により、所定期間の相関結果の平均値が所定の閾値にされる。このため、実際の受信信号に基づいて閾値が決定され、精度良く同期信号を検出することができる。

また、本発明の信号処理装置において、受信信号のデータ転送速度に応じて受信信号のサンプリングレートをデシメートして前記相関処理部に出力するデシメータを備えるものである。

この構成により、受信信号のデータ転送速度に応じて受信信号のサンプリングレートがデシメートされて相関処理部に出力される。このため、相関処理部のリソースを削減することができるとともに、処理負荷を軽減させることができる。

また、本発明の同期信号検出方法は、受信した信号から同期信号を検出する信号処理装置の同期信号検出方法であって、受信信号と前記同期信号の複数種類の理想のデータとを時分割でスライディング相関を行なってそれぞれの相関結果を出力するステップと、それぞれの前記相関結果が所定の閾値以上となるポイントの前記相関結果とタイミング情報を記憶するステップと、記憶された前記相関結果と前記タイミング情報とに基づいて前記同期信号を検出するステップと、を備えるものである。

本発明は、同期信号を検出するために必要なデータ量を削減して、データ保持に使用するリソースを削減することができる信号処理装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置のブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置の無線信号処理部のブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置の無線信号処理部のデシメータのブロック図である。図４は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置の無線信号処理部の理想のＮＲ−ＰＳＳの時間領域データの記憶例を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置の無線信号処理部の相関結果の例を示す図である。図６は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置の無線信号処理部の相関結果とタイミング情報の記憶例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る信号処理装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る信号処理装置を搭載した電波伝播測定装置１は、信号処理装置としての無線信号処理部１０と、無線信号測定部１１と、ユーザインターフェース部１２と、制御部１３とを含んで構成されている。

無線信号処理部１０は、アンテナ１６を介して基地局２から受信した無線信号を、増幅や周波数変換などして無線信号測定部１１に出力する。

無線信号測定部１１は、無線信号処理部１０と接続され、無線信号処理部１０の出力する無線信号の復調、復号を行なうとともに、ＳＳ−ＲＳＲＰ（Synchronization Signal-Reference Signal Received Power）、ＳＳ−ＳＩＲ（Synchronization Signal-Signal to Interference Ratio）、ＳＳ−ＲＳＲＱ（Synchronization Signal-Reference Signal Received Quality）、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）、遅延プロファイルなどを測定し、測定結果を制御部１３に出力するようになっている。制御部１３は、無線信号測定部１１からの測定結果を時刻情報などと関連付けてハードディスク等に記憶しておき、ユーザの要求によりユーザインターフェース部１２に表示出力させたり、ログとしてファイルに出力したりするようになっている。

無線信号測定部１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信部１４や内部クロック１５からクロック信号を入力されるようになっている。無線信号測定部１１は、ＧＰＳ受信部１４からのＰＰＳ（Pulse Per Second:１秒周期の信号）または内部クロック１５からのクロック信号に基づいて無線信号の受信タイミングを測定するようになっている。なお、外部からＧＰＳ信号を入力するようにしてもよい。

ユーザインターフェース部１２は、ユーザからの操作入力を受け付ける入力部１２１と、測定のパラメータの設定画面や無線信号測定部１１の測定結果などを表示する表示部１２２とを備えている。入力部１２１は、タッチパッドやキーボードやプッシュボタンやロータリーノブなどによって構成される。表示部１２２は、液晶表示装置などによって構成される。

制御部１３は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ハードディスク装置と、入出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭ及びハードディスク装置には、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部１３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭ及びハードディスク装置に記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、制御部１３として機能する。なお、ハードディスク装置は、フラッシュメモリによるＣＦ(Compact Flash)カード等であっても良い。

制御部１３の入出力ポートには、無線信号測定部１１、ユーザインターフェース部１２が接続され、制御部１３と各部は信号の送受信をできるようになっている。

なお、本実施形態において、無線信号測定部１１は、各処理を実行するようにプログラミングされたＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサによって構成されている。また、無線信号処理部１０は、通信モジュールによって構成されている。

このような電波伝播測定装置１において、制御部１３は、例えば、表示部１２２に表示させた設定画面に対する入力部１２１への操作入力で設定された周波数の無線信号の測定を無線信号測定部１１に行なわせる。

制御部１３は、表示部１２２に表示させた設定画面により、測定する無線信号の中心周波数や周波数帯域幅や測定する信号数などを入力部１２１から入力させる。測定する無線信号の中心周波数は、複数設定可能になっている。

制御部１３は、入力部１２１により入力された設定情報を無線信号測定部１１に通知して、無線信号の測定を行わせる。

無線信号測定部１１は、制御部１３から設定情報を通知されると、通知された中心周波数や周波数帯域幅を無線信号処理部１０に通知して、その中心周波数や周波数帯域幅の無線信号を受信させる。

無線信号処理部１０は、無線信号測定部１１から中心周波数や周波数帯域幅を通知されると、その中心周波数や周波数帯域幅の無線信号を受信し、増幅や周波数変換などして無線信号測定部１１に出力する。

無線信号測定部１１は、無線信号処理部１０の出力する無線信号の復調、復号を行なうとともに、ＳＳ−ＲＳＲＰ、ＳＳ−ＳＩＲ、ＳＳ−ＲＳＲＱ、ＲＳＳＩ、遅延プロファイルなどを測定し、測定結果を制御部１３に出力する。

制御部１３は、無線信号測定部１１の出力する測定結果に基づいて、入力部１２１の操作入力により選択された測定結果表示種別に応じて表示部１２２に表示させる画像を作成して表示部１２２に表示させる。

本実施形態において、ＮＲの無線信号を測定する場合、無線信号処理部１０は、同期信号であるＮＲ−ＰＳＳを検出する。

無線信号処理部１０は、図２に示すような機能ブロックによりＮＲ−ＰＳＳの検出を行なう。

図２において、無線信号処理部１０は、デシメータ１０１と、ＦＩＦＯメモリ１０２と、相関処理部としてのマッチドフィルタ１０３と、ＲＯＭ１０４と、パワー計算部１０５と、閾値検出部１０６と、相関結果記憶部としてのＢＲＡＭ（Block Random Access Memory）１０７とを含んで構成されている。

デシメータ１０１は、サンプリングレート30.72MHzの受信信号を、受信信号のサブキャリア間隔（SCS:SubCarrier Spacing）の条件に応じて、サンプリングレートを3.84MHzまたは7.68MHzにデシメートするフィルタである。

サブキャリア間隔が15kHzの場合は、3.84MHzのサンプリングレートにされ、サブキャリア間隔が30kHzの場合は、7.68MHzのサンプリングレートにされ、サブキャリア間隔が120kHzの場合は、そのままの30.72MHzのサンプリングレートで出力される。

デシメータ１０１は、例えば、図３に示すように構成される。図３において、デシメータ１０１は、第１フィルタ２０１と、第２フィルタ２０２と、第３フィルタ２０３とを含んで構成されている。

第１フィルタ２０１、第２フィルタ２０２、第３フィルタ２０３は、それぞれ入力信号のサンプリングレートを２分の１にするフィルタである。

図３に示すように、サブキャリア間隔が15kHzの信号は、第１フィルタ２０１によりサンプリングレートが15.36MHzにされ、第２フィルタ２０２により更にサンプリングレートが7.68MHzにされ、第３フィルタ２０３によりサンプリングレートが3.84MHzにされて出力される。

サブキャリア間隔が30kHzの信号は、第２フィルタ２０２によりサンプリングレートが15.36MHzにされ、第３フィルタ２０３によりサンプリングレートが7.68MHzにされて出力される。
サブキャリア間隔が120kHzの信号は、フィルタを通さず、そのまま出力される。

図２において、ＦＩＦＯメモリ１０２は、先入れ先出し（First-In First Out）のメモリである。ＦＩＦＯメモリ１０２は、デシメータ１０１の出力する信号を一時的に記憶し、マッチドフィルタ１０３の入力周期に合わせてマッチドフィルタ１０３に出力する。

マッチドフィルタ１０３は、入力される信号とＲＯＭ１０４に記憶された理想のＮＲ−ＰＳＳの時間領域データとの相関をとり、相関結果を出力する。

ＲＯＭ１０４には、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）による規格に規定されている３種類の理想のＮＲ−ＰＳＳの時間領域データが記憶されている。ＲＯＭ１０４には、例えば、図４に示すように、理想のＮＲ−ＰＳＳの時間領域データが記憶されている。

図４において、ＲＯＭ１０４には、２５６個のＩＱデータを３種類記憶している。ＩＱデータは、それぞれ１６ビット長のデータであり、１つのＩＱデータを記憶するのに３２ビットを使用する。このため、３２ビット×２５６×３＝２４５７６ビットの領域を使用する。

マッチドフィルタ１０３は、デシメートされたデータと、理想のＮＲ−ＰＳＳ３種類とを時分割でスライディング相関を行なって相関結果を出力する。

パワー計算部１０５は、マッチドフィルタ１０３の出力する相関結果から、サンプリングレートに依らずに比較可能な相関パワーを算出する。

閾値検出部１０６は、パワー計算部１０５が算出した相関パワーが予め設定された閾値以上となった場合に、相関結果とタイミング情報をＢＲＡＭ１０７に記憶させる。閾値は、予め入力部１２１から入力させるようにしてもよいし、例えば、所定期間の相関をとり、その結果の相関パワーの平均値を閾値とするようにしてもよい。

例えば、図５に示すような相関パワーの結果が得られた場合、相関パワーが閾値以上となるポイントｎ、ｎ＋１、ｍ−１、ｍ、ｍ＋１の相関結果とタイミング情報がＢＲＡＭ１０７に記憶される。

図中Ａで示したように、タイミングが連続しているポイントは、同じ相関ピークと判定する。また、図中Ｂ、Ｃで示した連続していないポイントは、最も高い相関パワーのポイントのタイミングを採用する。

図５の相関パワーの結果は、例えば、図６に示すように、相関結果とタイミング情報がＢＲＡＭ１０７の１つのアドレスに記憶される。相関結果とタイミング情報は、９６００個記憶できるようになっている。理想のＮＲ−ＰＳＳに応じて９６００個の相関結果とタイミング情報を記憶できるようになっている。

図６において、アドレスがｙのデータのように、相関結果とタイミング情報の両方にゼロが設定されているデータが有効データの終わりを示している。

無線信号処理部１０は、ＢＲＡＭ１０７に記憶された相関結果とタイミング情報からＮＲ−ＰＳＳを検出する。

以上のように構成された本実施形態に係る信号処理装置によるＮＲ−ＰＳＳ検出処理の例について説明する。

無線信号処理部１０は、ＮＲ−ＰＳＳ検出前に、相関パワーの閾値を判断するため、5ms区間の相関パワーの平均値を算出する。このとき、サブキャリア間隔を設定する。

無線信号処理部１０は、算出した相関パワーの平均値を相関パワーの閾値として設定する。

無線信号処理部１０は、30.72MHzのサンプリングレートの受信データをデシメータ１０１でデシメートする。

無線信号処理部１０は、マッチドフィルタ１０３により、デシメートしたデータと、理想のＮＲ−ＰＳＳ３種類とを時分割でスライディング相関を行なわせる。

無線信号処理部１０は、パワー計算部１０５により、順次相関パワーを計算させ、相関パワーが閾値以上となるポイントの相関結果とタイミング情報をＢＲＡＭ１０７に記憶させる。

無線信号処理部１０は、ＢＲＡＭ１０７に記憶された相関結果を読み出し、ピーク検出してＮＲ−ＰＳＳを検出する。

このように、本実施形態では、受信信号と理想のＮＲ−ＰＳＳの時間領域データとのスライディング相関を行ない、その相関結果が所定の閾値以上となるポイントの相関結果とタイミング情報をＢＲＡＭ１０７に記憶し、ＢＲＡＭ１０７に記憶された相関結果からピーク検出してＮＲ−ＰＳＳを検出する。

これにより、ＮＲ−ＰＳＳの最大周期分の受信信号を記憶しておく必要がなく、ＮＲ−ＰＳＳを検出するために必要なデータ量を削減して、データ保持に使用するリソースを削減することができる。

また、所定期間の相関結果の平均値を所定の閾値とする。これにより、実際の受信信号に基づいて閾値を決定するので、精度良くＮＲ−ＰＳＳを検出することができる。

また、受信信号のサブキャリア間隔の条件に応じて、サンプリングレートをデシメートする。

これにより、マッチドフィルタ１０３のリソースを削減することができるとともに、処理負荷を軽減させることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１電波伝播測定装置
１０無線信号処理部（信号処理装置）
１０１デシメータ
１０２ＦＩＦＯメモリ
１０３マッチドフィルタ（相関処理部）
１０４ＲＯＭ
１０５パワー計算部
１０６閾値検出部
１０７ＢＲＡＭ（相関結果記憶部）
２０１第１フィルタ
２０２第２フィルタ
２０３第３フィルタ

Claims

受信した信号から同期信号を検出する信号処理装置（１０）であって、
受信信号と前記同期信号の複数種類の理想のデータとを時分割でスライディング相関を行なってそれぞれの相関結果を出力する相関処理部（１０３）と、
それぞれの前記相関結果が所定の閾値以上となるポイントの前記相関結果とタイミング情報を相関結果記憶部（１０７）に記憶させる閾値検出部（１０６）とを備え、
前記相関結果記憶部に記憶された前記相関結果と前記タイミング情報とに基づいて前記同期信号を検出する信号処理装置。
前記所定の閾値は、所定期間の前記相関結果の平均値とする請求項１に記載の信号処理装置。
受信信号のデータ転送速度に応じて受信信号のサンプリングレートをデシメートして前記相関処理部に出力するデシメータ（１０１）を備える請求項１または請求項２に記載の信号処理装置。
受信した信号から同期信号を検出する信号処理装置（１０）の同期信号検出方法であって、
受信信号と前記同期信号の複数種類の理想のデータとを時分割でスライディング相関を行なってそれぞれの相関結果を出力するステップと、
それぞれの前記相関結果が所定の閾値以上となるポイントの前記相関結果とタイミング情報を記憶するステップと、
記憶された前記相関結果と前記タイミング情報とに基づいて前記同期信号を検出するステップと、を備える同期信号検出方法。